Zemūdens arheoloģijas pētījumu objekts ir visdažādākās liecības par cilvēka dzīvi senatnē – nogrimušu kuģu un lidmašīnu vraki, navigācijas šķēršļi, akas, ar ūdeni piepildītas grotas un alas, ūdens līmeņa svārstību rezultātā zem ūdens nokļuvušas senas apmetnes, pilsētas, kapulauki un ainavas. Zemūdens arheoloģija pēta šos objektus, izmantojot sauszemes arheoloģijā aprobētās metodes, taču, lai piekļūtu pētāmajiem objektiem, visbiežāk jāizmanto nirēju aprīkojums, tāpat tiek izmantotas arī vairākas tehniskas, zemūdens videi specifiskas tālizpētes metodes. Zemūdens arheoloģijas pētītie objekti nereti nav pilnībā vai pastāvīgi zem ūdens, tāpēc bieži ir grūti nošķirt robežu starp zemūdens arheoloģiju un sauszemes arheoloģiju, kas pēta objektus ļoti mitros apstākļos. Zemūdens un sauszemes arheoloģiskie izpētes darbi bieži notiek paralēli, jo daļa pētāmā objekta (piemēram, senas ostas vietas) atrodas zem ūdens, bet daļa – sauszemē; tikai veicot pētījumus abās senvietas daļās, iespējams iegūt pilnīgu priekšstatu par tās funkciju un nozīmi.
Pieņemts, ka, atšķirībā no sauszemes arheoloģijas, zemūdens arheoloģijas pētījumu objekti ir arī jaunāko laiku vēstures liecības, piemēram, 20. gs. sākuma kuģu vraki. 2001. gadā Parīzē pieņemtajā Apvienoto Nāciju Izglītības, zinātnes un kultūras organizācijas (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO) Konvencijā par zemūdens kultūras mantojuma aizsardzību definēts, ka zemūdens kultūras mantojums ir visas kultūras, vēsturiskās vai arheoloģiskās cilvēku eksistences liecības, kas daļēji vai pilnīgi, periodiski vai nepārtraukti vismaz 100 gadus atrodas zem ūdens.